汽轮机断裂叶片检测与失效原因分析.pdf

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1、第35卷第2期2013年2月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．35，No．2Feb．，2013汽轮机断裂叶片检测与失效原因分析石泉江(中国人民解放军92730部队，海南三亚572016)摘要：对发生断裂的汽轮机叶片材料进行了理化检验，主要包括化学成分、材料组织、夹杂物、力学性能等，分析了叶片断口的宏观、微观形貌。根据检测结果，叶片材料性能满足标准要求，其失效模式为疲劳产生的断裂。关键词：汽轮机；叶片；断裂；理化检验；疲劳裂纹中图分类号：TK268文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)02—0081—04doi：10．3404／j

2、．issn．1672—7649．2013．02．019InspectionandanalysisofbladefractureinsteamturbineSHIQuan-jiang(No．92730UnitofPLA，Sanya572016，China)Abstract：Accordingtophysicalandchemicalinspection，thematerialofbrokenbladesinsteamturbineweretest．Theinspectionsincludedchemicalcomponent，materialstructure，mixedgrai

3、n，mechanicsperformance．Themacroscopicalandmicrocosmicfeatureonfracturesectionwereanalyzed。Basedonthetest，thematerialperformancesmeetthestandard．Itshowsthatthedisabledmodeisfracturebyfatigue．Keywords：steamturbine；blade；fracture；physicalandchemicalinspection；fatiguecrack0引言程，甚至很长的时间历程阻31。汽轮机叶片

4、所处的工况条件及环境极为恶劣，主要表现在应力状态、工作温度、环境介质等方面。当叶片发生断裂时，断口往往出现在叶根部位，其中很大一部分属于疲劳断裂⋯。金属材料疲劳破坏机制是金属材料在交变应力或交变应变的作用下，某点或某些点逐渐产生了永久性结构变化，导致在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断裂的过程。疲劳破坏与静力破坏有着本质的不同，在交变载荷作用下，零件中的交变应力在远小于材料强度极限的情况下，破坏就可能发生。不管是塑性或弹性材料，疲劳断裂在宏观上均表现为无明显塑性变形的突然断裂，故疲劳断裂常表现为低应力脆性断裂。这一特征使疲劳破坏具有更大的危险性。疲劳破坏是一个累积损伤的过程，需

5、经历一定的时间历1叶片断裂情况某型汽轮机通流部分由复速级和压力级组成，其中复速级为直叶片，根部采用倒T型叶根形式。机组在使用过程中出现了复速级叶片断裂的故障，经拆检，断裂部位为T型叶根的上危险截面。在故障发生后，设计人员立即展开了故障原因的排查和清理，并通过宏观检测分析、断口综合分析、微观组织结构观察等手段对失效叶片进行检测与分析卜引。2失效叶片的理化检验与分析2．1宏观检测断裂后的叶片分为叶身和叶根2部分，图1为叶身端断口的宏观照片。叶片的断面平坦，没有收稿日期：2012—05—17；修回日期：2012—08一16作者简介：石泉江(1972一)，男，本科，工程师，研究方向为船

6、舶机电管理。·82·舰船科学技术第35卷发现明显的沿晶断裂，瞬断区面积占总面积相对较小，因此可以判断叶片的失效模式为由于疲劳产生的断裂。根据断口的宏观表象，裂纹源起始于出汽侧内缘(疲劳源1)，并扩展至进汽侧外缘(疲劳源2)．图1断口宏观照片Fig．1Thenaturalpictureofthefracturefortheblade2．2化学成分分析失效叶片采用1Crl3马氏体不锈钢，表1为材料的化学成分分析结果，对比表中的数据和ZBK54023—88标准要求的数据可以看出，失效叶片的化学成分满足零件理化检验的标准要求。表1失效叶片用钢的化学成分Tab．】Thechemicalc

7、onstitutionforthemetalofthefractureblades测试值0．1412．00．410．380．0070．0026标准要求o．10—0．1511．5～13．5≤1．00≤1．00≤O．035≤O．0302．3材料组织分析对断裂叶片进行金相组织观察和显微硬度分析。图2为断裂叶片样品的金相组织，从显微组织图片中可以看出，断裂叶片材料的组织为马氏体组织。图2断裂叶片的金相组织Fig．2Themetallurgicalstructureofthefractureblade